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1、专题09 磁场第一部分 特点描述磁场一般会以选项题和计算题两种形式出现，若是选择题一般考查对磁感应强度、磁感线、安培力和洛仑兹力这些概念的理解，以及安培定则和左手定则的运用；若是计算题主要考查安培力大小的计算，以及带电粒子在磁场中受到洛伦兹力和带电粒子在磁场中的圆周运动的分析判断和计算，尤其是带电粒子在电场、磁场中的运动问题对学生的空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求，仍是本考点的重点内容，有可能成为试卷的压轴题。由于本考点知识与现代科技密切相关，在近代物理实验中有重大意义，因此考题还可能以科学技术的具体问题为背景，考查学生运用知识解决实际问题的能力和建模能力
2、。预测2016年的高考基础试题仍是重点考查法拉第电磁感应定律及楞次定律和电路等效问题综合试题还是涉及到力和运动、能量守恒、电路分析、安培力等力学和电学知识。主要的类型有滑轨类问题、线圈穿越有界磁场的问题、电磁感应图象的问题等。第二部分 知识背一背一、磁场、磁感应强度1磁场的特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用2磁场的方向：小磁针静止时N极所指的方向3磁感应强度（1）物理意义：描述磁场的强弱和方向（2）大小：（通电导线垂直于磁场）（3）方向：小磁针静止时N极的指向（4）单位：特斯拉，简称特，符号：T.4磁通量（1）概念：在匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S和磁感应强度B的乘积
3、（2）公式：.（3）单位：1Wb1Tm2二、磁感线、通电导体周围的磁场的分布1磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的切线方向跟这点的磁感应强度方向一致2条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布（如图所示）3电流的磁场直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场环形电流的两 侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱安培定则立体图横截面图4.磁感线的特点（1）磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向（2）磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱，在磁感线较密的地方磁场较强；在磁感线较疏的地方磁
4、场较弱（3）磁感线是闭合曲线，没有起点和终点在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极（4）同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切（5）磁感线是假想的曲线，客观上不存在三、安培力的大小和方向1安培力的大小当磁感应强度B的方向与导线方向成角时，这是一般情况下的安培力的表达式，以下是两种特殊情况：（1）当磁场与电流垂直时，安培力最大，FmaxBIL.（2）当磁场与电流平行时，安培力等于零2安培力的方向（1）安培力：通电导线在磁场中受到的力（2）左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一个平面内让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在
5、磁场中所受安培力的方向（3）两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相吸引，异向电流互相排斥四、洛伦兹力的大小和方向1洛伦兹力的定义：磁场对运动电荷的作用力2洛伦兹力的大小，为v与B的夹角如图所示（1）当vB时，0或180，洛伦兹力F0；（2）当vB时，90，洛伦兹力.（3）静止电荷不受洛伦兹力作用3洛伦兹力的方向（1）左手定则磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向，拇指指向即为运动的正电荷所受洛伦兹力。（2）方向特点：F垂直于B与v决定的平面，即F始终与速度方向垂直，故洛伦兹力不做功五、带电粒子在匀强磁场中的运动1若vB，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀速直线运动2若vB，带电粒
6、子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动（1）向心力由洛伦兹力提供：；（2）轨道半径公式：；（3）周期：（周期T与速度v、轨道半径R无关）；六、带电粒子在匀强磁场中运动的应用1质谱仪（1）构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成（2）原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式.粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式.由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷，.2回旋加速器（1）构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源D形盒处于匀强磁场中（2）原理：交流电
7、的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速由，得，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定，与加速电压无关第三部分 技能+方法考点一 对磁感应强度的理解1.磁感应强度概念的理解（1）磁感应强度是用比值法定义的,其大小由磁场本身的性质决定,与放入的直导线的电流I的大小、导线长度L的大小无关.故不能根据就说B与F成正比，与IL成反比.（2）由定义式计算B时,通电导线必须垂直于磁场;若通电导线平行放入磁场,则不受安培力,但不能说该处磁感应强度为零.2.磁通量概念的理解（1）其中S为闭合回路面积
8、在垂直于B方向上的分量，如图甲所示.（2）面积S的含义：S不一定是某个线圈的真正面积,而是线圈在磁场范围内的面积.如图乙所示，S应为线圈面积的一半.（3）多匝线圈的磁通量：多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关,因为不论线圈匝数多少,穿过线圈的磁感线条数相同.（4）合磁通量求法：若某个平面内有不同方向的磁场共同存在,当计算穿过这个面的磁通量时,先规定某个方向的磁通量为正,反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量.【例1】下列说法中正确的是（ ）A.电荷在某处不受到电场力的作用，则该处的电场强度为零B.一小段通电导线在某处不受到磁场力的作用，则该处的磁感应强度一定
9、为零C.把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱D.把一小段通电导线放在磁场中某处，它受到的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱【答案】AC考点二 安培力公式的应用安培力常用公式F=BIL，应用时要满足：（1）B与L垂直；（2）L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度（如图所示），相应的电流方向沿L由始端流向末端.因此任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，受到的安培力的矢量和为零.2.通电导线在安培力作用下的平衡和加速运动的分析方法（1）确定研究对象,对研究对象进行受力分析.（2
10、）画出受力平面图.（3）依据平衡条件或牛顿第二定律列方程.【例2】在图中，标出磁场B的方向，通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是（ ）【答案】C考点三 安培力作用下导体运动情况的判定1.判定安培力作用下导体运动情况的常用方法电流元法分割为电流元左手定则安培力方向整段导体所受合力方向运动方向特殊位置法在特殊位置安培力方向运动方向等效法环形电流 小磁针 条形磁铁 通电螺线管 多个环形电流结论法同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析
11、电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向【例3】如图所示，把一通电导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动当导线通过电流I时，如果只考虑安培力的作用，则从上往下看，导线的运动情况是 （）A顺时针方向转动，同时下降B顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降D逆时针方向转动，同时上升【答案】C考点四 带电粒子在匀强磁场中的运动1带电粒子在匀强磁场中的运动是各省市每年高考必考内容之一一般以计算题的形式出现，可以与其他知识相综合，难度中等以上，分值较高，以考查学生的形象思维和逻辑推理能力为主2分析方法：找圆心、求半径
12、、确定转过的圆心角的大小是解决这类问题的前提，确定轨道半径和给定的几何量之间的关系是解题的基础，有时需要建立运动时间t和转过的圆心角之间的关系作为辅助（1）圆心的确定基本思路：与速度方向垂直的直线和图中弦的中垂线一定过圆心两种情形a已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心（如图所示，图中P为入射点，M为出射点）b已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心（如图所示，图中P为入射点，M为出射点）（2）半径的确定用几何知识（勾股定理、三角
13、函数等）求出半径大小（3）运动时间的确定粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为时，其运动时间为：（或）3规律总结带电粒子在不同边界磁场中的运动（1）直线边界（进出磁场具有对称性）（2）平行边界（存在临界条件）（3）圆形边界（沿径向射入必沿径向射出）【例4】如图中MN表示真空室中垂直于纸面的平板,它的一侧有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度大小为B.一带电粒子从平板上的狭缝O处以垂直于平板的初速度v射入磁场区域,最后到达平板上的P点.已知B、v以及P到O的距离l,不计重力,求此粒子的电荷量q与质量m之比.考点五 质谱仪和回旋加速器1. 根据质谱仪原理可以得出需
14、要研究的物理量,如粒子轨道半径、粒子质量、比荷等.（1）粒子轨道半径（2）粒子质量（3）粒子比荷.2.回旋加速器的最大动能根据,得,可见：（1）粒子最大动能与加速电压无关.（2）最大动能由D形盒的最大半径和磁感应强度决定.【例5】劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示。这台加速器由两个铜质D形盒构成，其间留有空隙.下列说法正确的是（ ）A.离子由加速器的中心附近进入加速器B.离子由加速器的边缘进入加速器C.离子从磁场中获得能量D.离子从电场中获得能量【答案】AD【解析】离子在磁场中做匀速圆周运动，速度越大，轨道半径越大，所以离子要从加速器的中心附近进入加速器.洛伦兹力总是垂直于速度
15、的方向，所以磁场是不对离子做功的，它的作用只是改变离子的速度方向，而电场的作用才是加速离子，使之获得能量.由此可见，选项A、D是正确的.第四部分 基础练+测1【吉林省实验中学2016届高三上学期第一次模拟理科综合试题】下列说法中，符合物理学史实的是（ ）A亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体将静止B牛顿站在“巨人”的肩上，发现了万有引力定律，并且利用万有引力定律首次计算出了地球的质量C法拉第发现了电流的磁效应，即电流可以在其周围产生磁场D麦克斯韦首先提出了场的观点，并创立了完整的电磁场理论【答案】A考点：物理学史2【吉林省长春外国语学校2016届高三上学期第一
16、次质量检测物理试题】关于物理学家和他们的贡献，下列说法中正确的是（ ）A奥斯特发现了电流的热效应B库仑提出了库仑定律，密立根最早实验测得元电荷e的数值C开普勒发现了行星运动的规律，并通过实验测出了万有引力常量D牛顿不仅发现了万有引力定律，而且提出了场的概念【答案】B【解析】奥斯特发现了电流的磁效应，选项A错误；库仑提出了库仑定律，密立根最早实验测得元电荷e的数值，选项B正确；开普勒发现了行星运动的规律，卡文迪许通过实验测出了万有引力常量，选项C错误；牛顿发现了万有引力定律，法拉第提出了场的概念，选项D错误；故选B.考点：物理学史3【黑龙江省牡丹江市第一高级中学2016届高三上学期期中考试物理试
17、题】如图，在匀强磁场B的区域中有一光滑斜面体，在斜面体上放了一根长为L,质量为m的导线，当通以如图方向的电流I后，导线恰能保持静止，则磁感应强度B必须满足A，方向垂直纸面向外 B，方向水平向左C，方向竖直向下 D，方向水平向左【答案】CD考点：安培力.4.【贵州省遵义市航天高级中学2016届高三上学期第三次模拟考试理科综合试题】用洛伦兹力演示仪可以观察电子在磁场中的运动径迹。图甲是洛伦兹力演示仪的实物图，图乙是结构示意图。励磁线圈通电后可以产生垂直纸面的匀强磁场，励磁线圈中的电流越大，产生的磁场越强。图乙中电子经电子枪中的加速电场加速后水平向左垂直磁感线方向射入磁场。下列关于实验现象和分析正确
18、的是:（ ）A. 要使电子形成如图乙中的运动径迹，励磁线圈应通以顺时针方向的电流B. 仅升高电子枪加速电场的电压，电子束径迹的半径变大C. 仅增大励磁线圈中的电流，电子束径迹的半径变大D. 仅升高电子枪加速电场的电压，电子做圆周运动的周期将变大【答案】AB【解析】励磁线圈通以顺时针方向的电流，根据右手螺旋定则可得产生的磁场垂直纸面向里，根据左手定则电子受到的洛伦兹力正好指向圆心，故A正确；根据公式可得当升高电子枪加速电场的电压时，电子的速度增大，所以运动半径增大，B正确；若仅增大励磁线圈中的电流，则磁感应强度增大，根据公式可得运动半径减小，C错误；根据公式可得电子做匀速圆周运动的周期和速度大小
19、无关，D错误；考点：考查了带电粒子在磁场中的运动5【2016辽宁省抚顺市一中高三10月月考】如图所示，一束电子以大小不同的速率沿图示方向垂直飞入横截面是一正方形的匀强磁场区域，下列判断正确的是（ ）A、电子在磁场中的运动时间越长，其轨迹线越长B、在磁场中运动时间相同的电子，其轨迹线一定重合C、电子在磁场中的运动时间越长，其轨迹线所对应的圆心角越大D、电子的速率不同，它们在磁场中运动时一定不相同【答案】C考点：考查了带电粒子在有界磁场中的运动，6【2016辽宁省鞍山市一中高三上二模】回旋加速器是获得高能量带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源的两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形
20、成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，关于回旋加速器的下列说法中正确的是（ ）A、加速电压越大，带电粒子从D形盒射出时的动能越大B、带电粒子从D形盒射出时动能与磁场的强弱无关C、交变电场的周期应为带电粒子做圆周运动周期的二倍D、用同一回旋加速器分别加速不同的带电粒子，一般要调节交变电场的频率【答案】D故选D考点：回旋加速器的工作原理7.【安徽省屯溪第一中学2016届高三上学期期中（第三次月考）考试物理试题】如图，一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为0.1T,方向垂直于纸面向里
21、：弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘。金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连，电路总电阻为2。已知开关断开时两弹簧的伸长度均为0.5cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm。重力加速度大小取10m/s2。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量。【答案】考点：考查了安培力，共点力平衡条件的应用8【2016辽宁省抚顺市一中高三10月月考】如图所示，在y0的区域内有沿y轴正方向的匀强电场，在y0的区域内有垂直坐标平面向里的匀强磁场，一电子（质量为m、电量为e）从y轴上A点以沿x轴正方向的初速度开始运动，当电子第一次穿越x轴时，恰好到达C点，当电子第二次穿越x轴时，恰好到达坐标原点；当电子第三次穿越x轴时，恰好到达D点，C、D两点均未在图中标出。已知A、C点到坐标原点的距离分别为d、2d。不计电子的重力。求（1）电场强度E的大小（2）磁感应强度B的大小（3）电子从A运动到D经历的时间t【答案】（1）（2）（3）【解析】电子的运动轨迹如图所示考点：考查了带电粒子在电磁场中的运动